地面气象台站元数据质量控制分析

气象台站元数据包含了可能影响气候资料序列均一性的重要信息,是分析、检验、订正气候资料序列的科学参考依据,只有经过质量控制与处理的气象台站元数据才能真实的反应其对气候资料序列非均一性的影响程度。针对气象台站元数据可能存在的疑误信息,设计了一套适用于地面气象台站元数据的质量控制技术,采用格式检查、内部一致性检查、时间连续性检查等方法进行质量控制。利用该质量控制方法对全国31个省(区、市)的1428个国家站1951—2011年的台站历史沿革数据文件进行质量控制,结果表明:该质量控制方法能够有效地将疑误信息进行标识,可为气象台站元数据的应用提供可靠的质量保障。该质量控制方法已应用于气象资料业务系统(MDOS)中,并在全国省级气象资料部门业务运行。     

大陈迁站前后气象资料序列的均一性检验

大陈气象站于1982年10月进行了站址迁移,站址的变动,涉及到迁站前后两段观测资料是否有均一性问题。所谓资料序列的均一性,一般把只受气候变化影响的气象资料序列称为均一性序列,或称作连续性序列。若气象要素随时间的变化不仅受气候条件的影响,而且又受诸如站址的迁移、周围生态环境的改变、观测规范和仪器的更换等等人为的影响,这样的资料序列认为是非均一性序列,或称之为非连续性序列。     

新疆太阳总辐射资料的均一性检验与气候学估算式的再探讨

参照新疆105个气象台站＂元数据＂,在对12个辐射站逐月日照百分率与月总辐射资料序列进行质量控制检验的基础上,对无效值与缺测值进行了插补订正,继而以Potter非均一性客观检验方法对资料序列进行了非均一性检测,同时以SNTH方法对产生间断的序列进行了相应的非均一化订正。在均一化的月总辐射与月日照百分率资料序列基础上,探...     

江西省地面气象台站沿革及其对观测资料序列均一性的影响

介绍了江西省地面气象台站沿革情况,通过资料对比,分析了观测仪器、仪器安装高度和观测方法等的变化对观测资料序列均一性的影响。结果表明,气象台站历史沿革,特别是台站迁移以及观测仪器类型、仪器安装高度、观测时制的改变,直接影响观测记录的连续性和气候资料序列的均一性。研究认为,气象台站历史沿革信息,在检验、订正、分析气候资料序列时不可忽略。在使用历史资料时,应分析和判断台站沿革对气候资料序列均一性的影响。     

贵阳站气温均一性检验与订正

基于贵阳市辖区8个气象观测站近50a月平均气温资料,结合标准正态检验(SNHT)方法,判断出贵阳站气温存在非均一性.借助参考站历史资料序列,对贵阳站气温非均一性断点后的资料采用多元线性回归进行拟合订正,结果表明:贵阳站自2000年迁站后,气温观测值比迁站前低约1.4℃,该成果有助于在今后的气候业务及科研中更好的沿用贵阳站气温历史序列,也将使贵阳站气象要素资料能够在以后的年代里继续保持连续性.     

中国西北地区台站迁移对气候资料均一性影响的研究进展

随着全球变暖的趋势越来越明显,气候变化研究也成为最受关注的问题。均一化长序列数据是气候变化研究的基础。然而由于台站的迁移等因素,导致了资料序列中的非均一性,这种包含非气候因素变化的非均一性气候序列直接影响了气候研究的不确定性。本文在综述国内外地面气候资料均一性检验方法、地面气候资料非均一性产生的原因等进展的基础上,重点分析了中国西北地区台站迁移对气候资料均一性的影响,认为台站迁移是造成气候资料不均一性的主要因素之一,使研究结果不能正确反映气候的变化趋势;国外成熟的均一性检验和订正方法为我国西北地区地面台站迁移对气候资料均一性的影响研究提供了可借鉴的思路、方法和手段;以往关于我国西北部地区气候变化的研究较少考虑气候序列中存在的非均一问题,造成了研究结论的不确定性。因此有必要对我国西北地区经过台站迁移的台站进行均一化的检验和订正。     

自动气象站和人工气象站气温差异特征分析

气温是描述天气、气候及其变化的主要要素,气温资料序列的连续性、均一性尤其重要,分析自动站和人工站的气温资料,研究自动站使用后资料变化的特征,是非常必要的。汉中基准气候站自2003年运行地面自动气象观测站(CAW S600BS)以来,在2 a的使用中,性能良好,安全稳定,现已平稳度过     

气象台站历史沿革信息及其对观测资料序列均一性影响的初步分析

气象台站历史沿革信息包含了可能影响气候资料序列均一性的重要信息, 是分析、检验、订正气候资料序列的科学参考依据。文章介绍了气象台站历史沿革信息的基本内容及我国气象台站变动的基本情况, 通过对气象观测资料比较分析, 说明台站迁移、环境变化、观测仪器类型以及观测时制改变, 直接影响到观测记录的比较性和连续性, 对长年代气候资料序列的均一性也有不同程度的影响。     

定点观测气候序列的均一性研究

文章分析了气候资料产生非均一性的原因，介绍了近年来国内、外气候资料均一性研究的方法以及一些国家利用这些研究方法对本国或区域气候序列均一性问题的研究成果。对我国气象观测站观测站址、仪器变化等因素进行了总结，并介绍了我国气象资料均一性检验的一些结论，讨论了与气象资料均一性研究相关的一些问题。     

河北保定气象站长序列气温资料缺测记录插补和非均一性订正

基于多源的气温月值资料,在数据整合和初步质量控制基础上,同时采用标准化序列法和多元线性回归法对河北保定气象站1913—2014年月平均气温、最高气温和最低气温资料进行了插补。通过交叉检验法分析发现,标准化序列法插补得到的气温序列效果较好,并且气候统计特征与同区域周边站的研究结果更具一致性。利用惩罚最大F检验(PMF)对插补后序列的均一性进行了检验,结果表明:通过插补得到的保定站百年气温月值序列的均一性相对较好,仅月平均最低气温序列存在2个显著间断点,分别由同类型仪器的更换和台站迁移导致,研究中采用分位数匹配(QM)对其进行了订正,建立了保定站百年气温月值序列。通过与邻近单站及我国中东部区域均一化百年气温序列的综合对比显示,本文建立的保定站百年气温月值序列与邻近单站的相关性基本达到0.8以上;从增暖趋势来看,保定站与中东部区域平均序列分别达0.121℃/10a、0.204℃/10a,基本在同一量级内:这一定程度上说明建立的保定站百年气温序列相对合理。     

Further-Adjusted Long-Term Temperature Series in China Based on MASH

A set of homogenized monthly mean surface air temperature(SAT) series at 32 stations in China back to the 19 th century had previously been developed based on the RHtest method by Cao et al.,but some inhomogeneities remained in the dataset.The present study produces a further-adjusted and updated dataset based on the Multiple Analysis of Series for Homogenization(MASH) method.The MASH procedure detects 33 monthly temperature records as erroneous outliers and152 meaningful break points in the monthly SAT series since 1924 at 28 stations.The inhomogeneous parts are then adjusted relative to the latest homogeneous part of the series.The new data show significant warming trends during 1924–2016 at all the stations,ranging from 0.48 to 3.57?C(100 yr)~(-1),with a regional mean trend of 1.65?C(100 yr)~(-1);whereas,the previous results ranged from a slight cooling at two stations to considerable warming,up to 4.5?C(100 yr)~(-1).It is suggested that the further-adjusted data are a better representation of the large-scale pattern of climate change in the region for the past century.     

长江三角洲地区降水资料的均一性检验与订正试验

该文对1961—2002年我国长江三角洲地区36个地面观测站的年、月降水资料序列作均一性检验和订正试验, 以探讨我国年、月降水气候观测序列的均一化方法和思路。该文首先从与待检台站序列相关性较好、台站距离较近的台站中选取了若干站点作为待检台站的参考台站建立参考序列, 采用传统的标准正态检验 (SNHT) 方法, 对所研究的地区年降水的均一性进行了检验。检验结果显示, 该地区降水序列中存在非均一性现象。考虑到所选地区站点密度仍然不够, 文中还采用了一种不依赖于参考台站的思路, 对上述检验结果进行了进一步确认后, 最后对不连续序列进行了逐月订正调整。对比分析表明, 对序列的订正较为合理。在已有的研究基础上, 结合我国台站网络实际特点, 提出结合不同思路来研究我国降水量数据均一性是必要的和可行的, 应用该思路对于我国降水序列进行均一性研究具有一定的合理性和应用前景。     

新建地面气象自动站资料质量控制方法设计

随着观测系统的加强,中国陆续出现许多新建的地面台站、地面自动观测站,但对这些新出现的台站由于缺少长时间序列的历史观测资料,无法通过本站观测统计分析建立质量控制技术.本文在传统的质量控制方法基础上,将全国地面观测站按照地域和气候特征分为8个区域,利用过去25 a存档的地面观测资料建立一套适合于新建地面自动站资料控制技术,对气压和温度采用极值检查、时间一致性检查和空间一致性检查等方法进行质量控制.并利用该质量控制技术对华南、长江中下游及华北地区2005年地面资料进行质量控制,结果表明:该控制方案能有效地将有问题的资料标识出来,可为新建地面自动站资料的应用提供一定的质量保障.不同区域的资料质量控制检查需依据不同地区的气候特点进行划分和统计,这样更能保障质量控制后资料的质量.     

Detecting and adjusting temporal inhomogeneity in Chinese mean surface air temperature data

Adopting the Easterling-Peterson (EP) techniques and considering the reality of Chinese meteorolog-ical observations, this paper designed several tests and tested for inhomogeneities in all Chinese historicalsurface air temperature series from 1951 to 2001. The result shows that the time series have been widelyimpacted by inhomogeneities resulting from the relocation of stations and changes in local environmentsuch as urbanization or some other factors. Among these factors, station relocations caused the largestmagnitude of abrupt changes in the time series, and other factors also resulted in inhomogeneities to someextent. According to the amplitude of change of the difference series and the monthly distribution featuresof surface air temperatures, discontinuities identified by applying both the E-P technique and supportedby China‘s station history records, or by comparison with other approaches, have been adjusted. Basedon the above processing, the most significant temporal inhomogeneities were eliminated, and China‘s mosthomogeneous surface air temperature series has thus been created. Results show that the inhomogeneitytesting captured well the most important change of the stations, and the adjusted dataset is more reli-able than ever. This suggests that the adjusted temperature dataset has great value of decreasing theuncertaities in the study of‘ observed climate change in China.     

全球地面天气报历史资料质量检查与分析

全球地面天气报资料是气象资料中数据量最大、使用频率最高的资料之一。国内作为气候资料接收和保存的全球地面天气报资料中包含45个气象要素, 每日4次定时观测资料。利用2005年用于全球地面天气报资料接收、处理实时业务中的质量控制方法, 对保存于国家气象信息中心气象资料室的全球地面天气报历史资料数据集进行了全面的质量检查, 对原数据集中因解码而引起的比较明显的批量错误资料进行了修改, 生成具有质量控制码的二版全球地面天气报历史资料数据集。同时还系统介绍了1980年1月—2003年12月全球地面天气报历史资料数据集质量检查结果, 分析了资料的质量情况。     

地面自动站资料质量控制方案及应用

为满足精细、 短时天气预报的需求, 我国地面自动站（AWS）观测系统的建设日趋完善。AWS资料在数值预报系统中没得到充分使用的原因之一是AWS观测资料的特殊性及数值预报系统缺少有效针对AWS观测资料的质量控制(QC)方案。本文AWS QC方案在参考国际先进的AWS QC方案基础上, 根据我国地面自动站的特点和数值天气预报模式对地面资料应用的要求设计。其目的是解决AWS观测资料在数值预报中应用的质量问题。本方案采用多种质量控制技术, 其中包括台站气候极值检查、 要素间一致性检查、 时间一致性检查、 持续性检查、 背景场一致性检查、 空间一致性检查、 综合决策算法、 自动统计评估反馈技术。本文从检查方法对错误资料的敏感度和确定性进行理论分析表明, 该方案具有更强的敏感度和确定性。将该方案应用于北京地区2006年8月AWS实际观测资料检验, 结果表明, 该方案能有效地识别观测资料中存在明显错误的资料, 有效地为地面自动站资料在数值模式中的应用提供客观质量依据。     

Rec-EOF质量控制方法在地面观测2m比湿中的应用

针对地面观测站资料,从资料同化的角度出发,通过引入递归的概念,提出了递归经验正交质量控制(Rec-EOF QC)方法,并将该方案应用于不同时段的地面观测资料和不同种类的背景场资料中。结果表明:Rec-EOF QC方法一般在递归4次之后,质量控制过程达到稳定状态。通过递归方法,该质量控制方案能够通过资料本身调整质量控制的临界值,对资料具有普适性。而且与传统EOF QC方法相比,Rec-EOF QC方案能识别出更多的离群值,并且可以使观测偏差也更接近于高斯分布。另外还研究了背景场差异对质量控制的影响,分别利用FNL、ERA-Interim和JRA-25三组资料作为背景场进行地面质量质量控制试验,结果表明JRA-25剔除的资料最多,ERA-Interim次之,FNL最小。无论选用何种资料作为背景场,冬季的资料剔除率始终大于夏季的。     

The Impact of Assimilating FY-3C GNOS GPS Radio Occultation Observations on GRAPES Forecasts

In the present study, a gross quality control (QC) procedure is proposed for the Global Navigation Satellite System Occultation Sounder (GNOS) Global Positioning System radio occultation (GPS RO) refractivity data to remove abnormal data before they are assimilated. It consists of a climate extreme check removing data outside the range of the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere and Climate (COSMIC) climate maxima and minima over approximately five years, and a vertical gradient check that rejects profiles containing super-refractions. These two QC steps were applied sequentially to identify outliers in GNOS GPS RO refractivity data during boreal winter 2013/2014. All of the abnormal refractivity profiles and the outliers at each level of the GNOS GPS RO observations were effectively removed by the proposed QC procedure. The post-QC GNOS GPS RO refractivity observations were then assimilated in the Global/ Regional Analysis and PrEdiction System (GRAPES) using the three-dimensional variational (3D-Var) system. The impacts of the GNOS refractivity observation on GRAPES analysis and forecasting were evaluated and analyzed using an observation system experiment run over one whole winter season of 2013 / 2014. The experiment results demonstrated a positive impact of GNOS GPS RO data on analysis and forecast quality. The root mean squared error of GRAPES analysis temperature was reduced by 1% in the Southern Hemisphere (SH) extratropics and in the tropics, and the anomaly correlation scores of the forecasted 500-hPa geopotential height over the SH increased significantly during days 1 to 5. Overall, the benefits of using GNOS GPS RO data are significant in the SH and tropics.     

Effect of data homogenization on estimate of temperature trend: a case of Huairou station in Beijing Municipality

Daily minimum temperature (Tmin) and maximum temperature (Tmax) data of Huairou station in Beijing from 1960 to 2008 are examined and adjusted for inhomogeneities by applying the data of two nearby reference stations. Urban effects on the linear trends of the original and adjusted temperature series are estimated and compared. Results show that relocations of station cause obvious discontinuities in the data series, and one of the discontinuities for Tmin are highly significant when the station was moved from downtown to suburb in 1996. The daily Tmin and Tmax data are adjusted for the inhomogeneities. The mean annual Tmin and Tmax at Huairou station drop by 1.377°C and 0.271°C respectively after homogenization. The adjustments for Tmin are larger than those for Tmax, especially in winter, and the seasonal differences of the adjustments are generally more obvious for Tmin than for Tmax. Urban effects on annual mean Tmin and Tmax trends are ?0.004°C/10 year and ?0.035°C/10 year respectively for the original data, but they increase to 0.388°C/10 year and 0.096°C/10 year respectively for the adjusted data. The increase is more significant for the annual mean Tmin series. Urban contributions to the overall trends of annual mean Tmin and Tmax reach 100% and 28.8% respectively for the adjusted data. Our analysis shows that data homogenization for the stations moved from downtowns to suburbs can lead to a significant overestimate of rising trends of surface air temperature, and this necessitates a careful evaluation and adjustment for urban biases before the data are applied in analyses of local and regional climate change.     

天津太阳总辐射资料的均一性分析

采用天津地区1959~2012年太阳总辐射年、月总量资料、日照百分率及其台站元数据,通过惩罚最大t检验和顺序算法对太阳总辐射资料的均一性进行了检验。结果表明:辐射观测仪器的变更造成了太阳总辐射序列产生不连续,突变年代主要发生在1968年、1972年、1990年3次仪器变更年份或其附近年份,而迁站没有造成显著影响。同时,顺序算法检验发现,天津地区太阳总辐射序列在20世纪80年代初(1983年前后)出现了趋势减少的渐变,并且在月总量序列的检验中,仪器变更的非均一性影响也体现在其中。因此,在太阳辐射的研究工作中,尊重原始观测数据的同时,还要充分考虑数据的均一性,剔除非均一性因素,以此确保气候变化分析结果的相对真实。